Анализа на механизмот за труење на катализаторите со јаглерод моноксид

Труење со катализатор со јаглерод моноксид: Најопасни материи на кои треба да внимавате

Труење со катализатор со јаглерод моноксид обично не е предизвикана од еден фактор, туку комбинираниот резултат на покриеноста со загадувачи, синтерување со висока температура, флуктуации на влажност, и процеси вознемирувања. Во индустриски услови, водород сулфид, SO2, хлорирани органски материи, силиксани, фосфиди, а испарувањата на тешките метали се супстанции кои бараат најголема претпазливост, бидејќи можат да доведат до деактивирање на катализаторот на CO. Меѓу овие, сулфидите и загадувачите базирани на халоген предизвикуваат најочигледно оштетување на активните места, често резултира со неповратно труење. Водената пареа и некои VOC имаат тенденција да предизвикаат реверзибилна инхибиција, но долгорочното работење при висока влажност може да го забрза и разградувањето на потпорната конструкција. Повеќето проблеми со животниот век на катализаторот не се предизвикани од самиот материјал, но поради системски проблеми како што е несоодветен предтретман, прекумерна температура на процесот, прекумерна гасна часовна брзина на просторот (GHSV), или флуктуирачки оптоварувања со загадувачи.

Разлика помеѓу труење со катализатор со јаглерод моноксид и општо деактивирање

Во индустриските системи за третман на издувни гасови, “деактивирање на катализаторот” не е исто како “труење со катализатор.”

Деактивирањето на катализаторот е поширок концепт, вклучувајќи:

1. Губење на активни локации
2. Намалена специфична површина
3. Колапс на структурата на порите
4. Синтерување со висока температура
5. Механичко абење
6. Затнувањето на прашината

Труење со катализатор, од друга страна, обично се однесува на специфичен тип на хемиска супстанција што се адсорбира на, покривање, или реагира со активната компонента, со што се инхибираат местата на каталитичката реакција.

На пример:

• Адсорпцијата на водена пареа е реверзибилна инхибиција
• Сулфидите кои формираат сулфати е хемиско труење
• Хлоридите кои го кородираат активниот метал е неповратно уништување

Затоа, при дијагностицирање на причината за деактивирање на катализаторот на CO, не е доволно да се потпреме само на пад на стапката на конверзија. Сеопфатна анализа со оглед на промените во работните услови, пад на притисокот, температурен прозорец, а од суштинско значење е составот на загадувачот.

Кои супстанции имаат најголема веројатност да предизвикаат труење со катализатори со CO

Различни загадувачи имаат многу различни степени на влијание врз катализаторите.

Табелата подолу покажува споредба на интензитетот на влијанието на обичните индустриски загадувачи на катализаторите на јаглерод моноксид.

Од инженерска перспектива, деактивирање на катализаторот индуцирано од сулфид останува најчестиот и најтешко се опоравува извор на труење со CO катализатор.

Зошто сулфидите предизвикуваат брзо деактивирање на катализаторот

Влијанието на сулфидите врз реакциите на каталитичка оксидација има посебна карактеристика на “преференцијална адсорпција.”

Кога во издувните гасови се присутни следните супстанции, дури и при ниски концентрации како 1-5 ppm, тие можат постепено да ги покриваат активните места:

• H2S
• SO2
• COS
• Органски сулфиди

Во температурен опсег од 150-300°C, сулфурот лесно формира стабилни сулфати или метални сулфиди со активни метали, што доведува до:

1. Нарушување на редокс циклусот
2. Намалена подвижност на кислородот на површината
3. Намалена ефикасност на адсорпција на CO

За некои катализатори на метални оксиди континуирано изложени на а 10 ppm SO2 средина за 100-300 часови, Стапките на конверзија на CO може да се намалат 30%-70%.

Посериозно прашање е тоа што труењето со сулфур често има кумулативен ефект. Дури и ако концентрацијата на загадувачот не е висока, долгорочното работење може да доведе до неповратно оштетување.

Влијание на халогените и издувните гасови што содржат хлор врз катализаторите

Гасовите што содржат хлор се генерално поопасни од типичните VOCs.

Вообичаените извори вклучуваат:

1. Задниот гас за согорување
2. Испарување на хлорирани растворувачи
3. Процеси поврзани со ПВЦ
4. Полупроводнички издув за чистење

HCl и Cl2 не само што покриваат активни места, туку можат директно да ја променат и кристалната структура на активните компоненти.

Во некои системи на благородни метали, хлорот може да доведе до:

• Метална агломерација
• Миграција на активни компоненти
• Промени во киселоста/базичноста на површината
• Намалена активност на ниски температури

Овој ефект дополнително се влошува кога температурите на системот надминуваат 300°C.

Во некои услови на процесот што содржат хлор, дури и концентрации под 20 ppm може значително да се скрати животен век на катализаторот на јаглерод моноксид.

Зошто средини со висока влажност го забрзуваат деактивирањето на катализаторот на CO

Проблемите со влажноста лесно се занемаруваат на многу инженерски локации. Во реалноста, водената пареа има многу значајно влијание врз катализаторите на CO.

Ова е особено точно под следните услови:

• Релативна влажност > 70%
• Чести флуктуации во точката на росење на димните гасови
• Системот често се вклучува и запира
• Работа на ниски температури

Молекулите на водата се натпреваруваат со CO за активни места за адсорпција. Оваа конкуренција е особено изразена на ниски температури.

Некои катализатори можат да постигнат стапки на конверзија на CO погоре 95% под суви услови, но кога влажноста ќе надмине 15 vol%, стапката на конверзија може да падне на 70%-80%.

Дополнително, висока влажност може да доведе до:

1. Хидротермално стареење на потпорот
2. Колапс на структурата на порите
3. Миграција на метал
4. Дестабилизација на врзиво

Зошто е тешко да се врати труењето со силоксан и фосфиди

Труењето со силоксан има изразито неповратни карактеристики.

Во услови на каталитичка оксидација, силоксаните прогресивно се оксидираат за да се формираат:

• SiO2
• Силикатни наслаги

Овие наслаги трајно ги покриваат површинските пори на катализаторот. Проблемот не е само намалената активност, но покритички:

1. Намалена специфична површина
2. Попречена дифузија на гас
3. Блокада на порите

Дури и регенерацијата на висока температура често не е во состојба целосно да ја врати.

Проблемот со фосфидите е сличен. Фосфорот лесно формира стабилни фосфати со метални оксиди, значително ја намалува активноста на оксидационите реакции.

Затнувањето на прашината и синтерувањето на високи температури често се потценети

Затнување на прашина

Кога концентрацијата на прашина надминува 10-20 mg/m³, долгорочното работење лесно може да доведе до:

• Блокада на порите
• Зголемен пад на притисокот
• Лоша распределба на протокот на гас

Во некои системи, дури и ако самиот катализатор е сè уште активен, вкупните стапки на конверзија сè уште може значително да се намалат поради локалните блокади.

Синтерување со висока температура

Повеќето катализатори на CO имаат стабилен температурен прозорец.

Долготрајната работа на прекумерни температури може да доведе до:

1. Агломерација на активни честички
2. Намалена специфична површина
3. Раст на жито

За некои материјали, по стотици часа континуирана работа над 450°C, активноста може да стане неповратна.

Различните потпори покажуваат значителни разлики во отпорноста на труење

Поддршката не само што влијае на дисперзијата туку влијае и на отпорноста на труење.

Вообичаените поддржувачи вклучуваат:

• Алумина
• Силика
• Кордиерит
• Зеолити (Молекуларни сита)
• Оксиди на комплексни ретки земји

Во практичното инженерство, изборот на поддршка мора да одговара на условите за работа. Ако профилот на загадувачот е сложен, едноставно зголемување на содржината на активната компонента често не е доволно за да се реши проблемот со животниот век.

Типични услови на процесот што го скратуваат животниот век на катализаторот во индустриски поставки

Дали е изводлива регенерација на катализатори на јаглерод моноксид?

Делумно обновливи ситуации

Тие вклучуваат:

• Конкурентна адсорпција на водена пареа
• Благо таложење на јаглерод (коксирање)
• Покриеност со некои органски соединенија

Типично, делумната активност може да се обнови преку прочистување на топол воздух, оксидација со висока температура, и работа на понизок GHSV.

Ситуации каде што закрепнувањето е тешко

Тие вклучуваат:

• Формирање на сулфати
• Корозија на хлорид
• Таложење на силикон
• Контаминација со тешки метали
• Синтерување со висока температура

Тие претставуваат структурни оштетувања. Дури и ако стапките на конверзија се привремено обновени, животниот век на катализаторот обично е значително скратен.

Како да се ублажи ризикот од труење со катализатори во индустриски издувни гасови

Предтретман од преден дел

Ова вклучува:

• Десулфуризација
• Дехлорирање
• Отстранување прашина
• Одмаглување
• Одвлажнување со кондензација

Ова е најдиректниот метод за намалување на ризикот од деактивирање на катализаторот на CO.

Контрола на GHSV и прозорец за температура

GHSV за повеќето катализатори на CO обично се движи од 5,000 до 30,000 ч⁻¹. Премногу големата брзина на просторот доведува до недоволно време за контакт. Истовремено, треба да се избегнува долгорочна работа над препорачаната температура.

Намалете ги флуктуациите на процесот

Честото започнување/запирање и ненадејните промени на концентрацијата може значително да го скратат животниот век. Поопасно од минливи високи концентрации е долгорочното работење под флуктуирачки услови.

Воспоставување механизми за следење на загадувачите

Во вистинска работа, поразумен пристап е континуирано следење на SO2, се менува влажноста, варијации на падот на притисокот, и концентрација на честички за рано откривање на аномалии.

Зошто многу проблеми со животниот век на катализаторите на CO се суштински системски проблеми

Во индустриски услови, катализаторот е само еден дел од целокупниот систем за третман на издувните гасови.

Многу проекти погрешно веруваат дека префрлањето на катализатор со поголема активност може да ги реши проблемите со животниот век. Сепак, реалноста често вклучува:

• Нетретирани предни загадувачи
• Неурамнотежена контрола на температурата
• Премногу висок дизајн GHSV
• Нерамномерна дистрибуција на димни гасови
• Постојано прекумерно ниво на влажност

Доколку овие прашања не се решат, дури и замена на катализаторот со нов може да доведе до брзо повторно деактивирање. Затоа, Труењето со катализатор со јаглерод моноксид не е само материјален проблем, туку комбинираниот резултат на процесот на системот, оперативно управување, и контрола на условите на процесот.